BIPS3Dun simulador 3D paralelo de dispositivos semiconductores BJT y HBT

Abstract

En este trabajo se ha desarrollado un simulador numérico tridimensional de dispositivos bipolares, el cual puede ser aplicado a dispositivos de homounión y de heterounión gradual y abrupta. Se ha implementado sobre arquitecturas multiprocesador. Este simulador ha sido programado utilizando los lenguajes C y Fortran junto con la librería estándar de pase de mensajes MPI, usando el modelo de programación SPMD. Esto ha permitido obtener un código eficiente y portable. El simulador ha sido testeado utilizando entre otros los multicomputadores AP3000, CRAY T3E y redes de estaciones de trabajo. El programa de simulación parte de un conjunto de parámetros físicos correspondientes a los materiales que componen el transistor y de una malla no estructurada de elementos tetraédricos. Se utiliza un modelo de arrastre-difusión extendido, en el que se resuelven las ecuaciones de Poisson y de continuidad de huecos y electrones. Se ha aplicado el método de elementos finitos para discretizar las ecuaciones y se han linealizado usando el método de Gummel. Ha sido desarrollada una formulación especial para el caso de los dispositivos HBT abruptos, la cual permite aplicar el modelos de arrastre-difusión extendido para el modelado de dispositivos en varias dimensiones, combinándolo junto con el método de discretización que se aplique. Se han estudiado las características de las matrices de coeficientes correspondientes a los sistemas lineales que tenemos que resolver con el fin de seleccionar los métodos y los parámetros que mejor se adaptan a cada situación. El simulador permite obtener las características eléctricas en régimen estacionario y de pequeña señal de los dispositivos que simula. Se han estudiado diferentes transistores tanto BJT como HBT graduales y abruptos con el fin de validar y comparar los resultados obtenidos con otros resultados de la literatura y de otros simuladores de dispositivos